Węgiel brunatny, jako przedstawiciel węgli kopalnych, zawiera 65-78% węgla. Charakteryzuje się barwą jasnobrunatną przechodzącą w czarną. Węgiel brunatny możemy podzielić na:
- węgiel ksylitowy, inaczej węgiel lignitowy (lignit), zawierający strukturą drewna;
- węgiel miękki, czyli węgiel ziemisty, łatwo rozsypujący się na małe kawałki, oraz węgiel łupkowy, o podzielności warstwowej, mniej kruche niż węgiel ziemisty;
- węgiel twardy, wykazujący dużą zwięzłość. Do tego typu węgla należą: węgiel matowy oraz węgiel błyszczący.
Węgiel brunatny można spotkać. w utworach kredy, trzeciorzędu, niekiedy, jury, triasu, karbonu. Złoża występują w Rosji, Niemczech, Czechach, Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Australia oraz Indiach. W Polsce węgiel brunatny występuje w Turoszowie w Turoszowskich Zagłębiu Węgla Brunatnego, w Koninie w Konińskim Zagłębiu Węgla Brunatnego, w Bełchatowie w Bełchatowskim Zagłębiu Węgla Brunatnego. Surowiec ten występuje także na Dolnym Śląsku (Legnica, Ścinawy).
Węgiel brunatny może być stosowany jako materiał opałowy. Surowiec ten znalazł zastosowanie jako podłoże (ogrodnictwo), i jako czynnik wpływający na żyzność gleby.
Węgiel kamienny, jako przedstawiciel węgli kopalnych, zawiera 78-92% węgla (węglem kamiennym jest także antracyt, który zawiera 97% węgla). Węgiel kamienny jest czarny, kruchy; zwarty, długo się pali błyszczącym płomieniem. Przeważająca ilość węgli kamiennych to węgle humusowe. Węgiel kamienny składa się z wielu składników. Wyróżniamy kilka odmian różniących się połyskiem oraz twardością. Witryn jest błyszczący, klaryn jest półbłyszczący, duryn jest matowy, zaś fuzyn jest włóknisty. Największe ilości węgla kamiennego występują w Rosji, na Ukrainie, w Kanadzie, w stanach Zjednoczonych, w Niemczech, w Chinach, w Republice południowej Afryki, w Wielkiej Brytanii, w Polsce, w Australii, w Indiach.
Węgiel kamienny może być wykorzystywany bezpośrednio w czasie spalania, ewentualnie po chemicznej przeróbce w celach energetycznych, jest także surowcem w przemyśle chemicznym. Procesy technologiczne stosowane w chemicznej przeróbce węgla kamiennego to: odgazowanie węgla kamiennego w wysokiej temperaturze (np. gazownictwo oraz koksownictwo), odgazowanie węgla kamiennego w niskiej temperaturze (np. wytlewanie), uwodornianie węgla. W czasie tych procesów otrzymujemy: paliwa ciekłe, stałe i gazowe (paliwa silnikowe, koks, gazy opałowe), półprodukty i surowce wykorzystywane w przemyśle chemicznym (smoła węglowa, gaz syntezowy, benzol). Biorąc pod uwagę przydatność węgla kamiennego w energetyce rozróżniamy kilka typów węgla kamiennego. W Polsce występuje 10 typów tego surowca.
Ropa naftowa to mieszaniny różnych substancji. W jej skład głównie wchodzą węglowodory. Skład ropy naftowej jest w dużej mierze uzależniony od obszaru, z którego jest wydobywana.
Ropa naftowa to ciekła mieszanka naturalnych węglowodorów, takich jak: alkany (węglowodory parafinowe), areny (węglowodory aromatyczne), oraz cykloalkany (węglowodory naftenowe). W skład ropy wchodzą także związki organiczne zawierające azot, siarkę, tlen, związki metaloorganiczne, substancje mineralne, związki nieorganiczne (krzemu, żelaza, sodu, wanadu, niklu).
Barwa ropy naftowej może być różnorodna. Spotykana jest ropa zielona, żółtobrunatna, czerwona oraz czarna. Czasami ropa bywa bezbarwna. Gęstość ropy naftowej waha się w granicach 0,73-0,99 g/cm3. Do charakterystyki ropy naftowej stosujemy także wartość opałową, która wynosi 38-49 MJ/kg. Główny składnik frakcji wrzących w temperaturze do 2000C (lekkie frakcje ropy naftowej) to parafiny (węglowodory parafinowe). Wraz ze wzrostem temperatury wrzenia zawartość węglowodorów parafinowych ulega zmniejszeniu, dlatego też cięższe frakcje zawierają mniej parafin. Wraz ze wzrostem temperatury wrzenia ilość węglowodorów naftenowych ulega zwiększeniu.
Azot w ropie naftowej występuje w następujących związkach: aminy cykliczne oraz acykliczne.
Tlen w ropie naftowej występuje w następujących związkach: kwasy tłuszczowe, kwasy naftenowe, żywice, fenole, asfalt.
Siarka w ropie naftowej występuje w następujących związkach: sulfidy, siarkowodór, dysulfidy, tyrole, siarka elementarna dobrze rozpuszczalna.
Ropę naftowa ze względu na ilość siarki możemy podzielić na: wysokosiarkową (ilość siarki przekraczająca 0,1%) oraz niskosiarkową (ilość siarki większa niż 0,5%). Ilość siarki może wynieść więcej niż 6%.
Ropę naftowa możemy podzielić także ze względu na rodzaj związku będącego w przewadze nad innymi (ropa parafinowa, aromatyczna, bezparafinowa, naftanowa).
Są głoszone 2 teorie odnośnie pochodzenia tego wykorzystywanego na wielka skalę przemysłowa surowca.
- Nieorganiczne pochodzenie ropy naftowej
Twórcy tej teorii:
Mendelejew (1877), Ross (1891), Moissan (1896), Kudriawcew (1951), Kropotkin (1955).
Założenia teorii:
Naukowcy Ci twierdzą, że ropa powstała na skutek różnych reakcji chemicznych, które miały miejsce w głębinach ziemskich. Przykładowa reakcja to działanie wody na węglik metalu ciężkiego, reakcja polimeryzacji, które są wydzielane z ziemskiego jądra. Część z tez teorii głoszącej nieorganiczne pochodzenie ropy naftowej głosi, że magmy zasadowe biorą udział w tym procesie. Hipotezy o nieorganicznych korzeniach ropy naftowej pomimo racjonalnych przesłanek nie mają wielu zwolenników.
- Organiczne pochodzenie ropy naftowej
Twórcy tej teorii:
Radziszewski (1877), Engler oraz Höfer (1890), Hackford (1932), White (1935).
Założenia teorii:
Ropa naftowa wiele lat temu na skutek przeobrażenia szczątków organizmów zwierzęcych oraz roślinnych, które gromadziły się z okruszkami mineralnymi w morskich osadach. Główne czynniki umożliwiające przekształcenie się substancji pochodzenia organicznego w bituminy gaz ziemny, ropę naftową, ozokeryt oraz asfalt) to: określone ciśnienie oraz temperatura, otoczenie redukujące. Korzystny wpływ bakterii oraz oddziaływanie substancji radioaktywnych. W wyniku przekształcenia substancji organicznej powstaje kerogen, a niego na skutek reakcji diagenezy oraz przekształceniu uzyskujemy ropę naftową oraz gaz ziemny. Proces powstawania oraz gromadzenia ropy naftowej ma ścisły związek z obecnością basenów sedymentacyjnych gazo- oraz roponośnych. Baseny te mogą obniżać się w stosunku do terenów sąsiednich. Proces ten trwa kilka okresów geologicznych. Skały oraz osady w skład których wchodziły szczątki organiczne w czasie osiadania mogły być w strefie, w której ciśnienie oraz temperatura przeszkadzały, a nawet pomagały w procesie przekształcenia w ropę naftową. Baseny możemy podzielić ze względu tektonikę na: śródfałdowe, śródplatformowe, przyoceaniczne platformowe oraz fałdowo-platformowe. Jak dotąd odkryto 350 basenów roponośnych (powierzchnia obejmująca obszar 10000-500000 km2), w skład których wchodzi 150 o bardzo dużym znaczeniu przemysłowym, przynoszących ogromne zyski. Pierwotnymi skałami ropy naftowej są skały węglanowe oraz ilaste, w skład których wchodzi więcej niż 0,5% kerogenu. W wyniku ruchów górotwórczych, zmiany temperatury, ciśnienia warstw, które nagromadzają się w skale macierzystej, ropa uwalnia się z miejsca, w którym powstała i migruje oraz gromadzi się w skałkach porowatych, ewentualnie bardzo spękanych (kolektory). Najważniejsze tego typu skały to: dolomity oraz wapienie. W tych właśnie skałach ulokowana jest ponad połowa wszystkich geologicznych zasobów tego surowca oraz osady piaszczyste, łupki oraz piaskowce. Warunkiem koniecznym do spełnienia, aby nastąpiła nagromadzenie ropy naftowej w części warstwy przepuszczalnych oraz gazy ziemnego i wody, jest występowanie określonych geologicznych struktur, takich jak: monoklina, wysad solny, antyklina oraz uskok. Struktury te umożliwiają gromadzenie ropy naftowej w kolektorze dzięki warstwom nieprzepuszczalnym (ekran). Do warstw tych należą: margle, iły, kwarcyty oraz łupki ilaste. W monoklinach oraz antyklinach antyklinach innych tego rodzaju strukturach geologicznych mogą występować rozległe złoża ropy naftowej. 50% odkrytych dotychczas złóż ropy naftowej występuje w utworach mezozoicznych, zaś 25% odkrytych dotychczas złóż w trzeciorzędowych utworach.
Już w starożytności ropa była wykorzystywana do różnych celów (balsamowanie ciał, lecznictwo, oświetlenie, płonące dzidy oraz strzały, ogień grecki- mieszanina siarki, ropy naftowej oraz wapna, która zapala się w kontakcie z wodą). Ropa naftowa w tamtych czasach była wydobywana z płytkich otworów lub zbierana na obszarach, gdzie w naturalny sposób wypływa z roponośnej warstwy.
Pod koniec XIX wieku miał miejsce rozwój przemysłu naftowego. Ignacy Łukasiewicz w roku 1854 w okolicach krosna buduje kopalnie ropy naftowej. Była to pierwsza kopalnia tego typu, gdzie ropa naftowa była wydobywana w sztolni. Pierwszy szyba naftowy został wywiercony w roku 1859 w Pensylwanii w Stanach Zjednoczonych. Od tego momentu możemy mówić o początku współczesnego przemysłu naftowego. Ropa naftowa w późniejszym okresie była wydobywana w Kanadzie, Rosji, Rumuni, Iranie, Indonezji.
Na początku XX wydobycie ropy naftowej sięgało 20 milionów ton na rok. Liczba ta wraz z czasem uległa zwiększeniu i w roku 1913 wynosiła 54 miliony ton. Tuz przed II wojną światową wynosiła 300 milionów ton. Taki gwałtowny wzrost wynikał z dużego zapotrzebowania na ten surowiec. Coraz częściej stosowane były silniki spalinowe, które wymagały tego surowca do funkcjonowania. Zostały odkryte nowe złoża ropy naftowej w Kalifornii, Texasie, ale także na terenie Meksyku, Związku Radzieckiego i Wenezueli. Po zakończeniu II wojny światowej głównym producentem ropy naftowej były Stany Zjednoczone (60%), ale także Związek Radziecki, Rumunia, Wenezuela, Meksyk. W tamtym okresie ma miejsce intensywny proces szukania nowych złóż. Miało to nierozerwalny związek ze wzrastającym zastosowaniem tego surowca w coraz liczniejszych gałęziach przemysłu (energetyka, chemia, lotnictwo, motoryzacja). Dzięki wzmożonej pracy badaczy brytyjskich oraz amerykańskich, i wyniku ich badań geofizycznych i geochemicznych, zostały odkryte złoża ropy na Bliskim Wschodzie oraz Afryce, ale także w Zatoce Meksykańskiej, Morzu Północnym. Wykorzystana także złoża ulokowane w Związku Radzieckim oraz Chinach.
Globalne zasoby ropy naftowej w roku 1990 wynosiły 135,5 miliardy ton. 70% z tych zasobów przypadało na Bliski Wschód oraz Afrykę Północną, 15% na Amerykę Południową oraz Północną, 12% na Eurazje.
Najwięcej złóż ropy naftowej występuje na terenie Zatoki Perskiej (65% globalnych zasobów ropy naftowej). Złoża występują: na platformach arabskich, szelfie zatoki, osadach w okolicach gór Zagros. 25% globalnych zasobów ropy naftowej (35,4 miliardy ton) występuje na terenach Arabii Saudyjskiej. Są to pola naftowe Abu Hadrija oraz podmorskie As-S. Inne tereny zasobne w ropę naftową to Irak (13,6 miliardów ton- są to pola naftowe Kirkutu i Ar-Rumajla), Zjednoczone Emiraty Arabskie (13 miliardy ton- są to tereny Mubarraz, Umm asz-Szaif oraz Az-Zakkum), Kuwejt (13 miliardów ton- są to tereny Al-Burkan), Iran (12,7 miliardów ton- są to tereny: Gacz Saran, Aga Dżari oraz rejony koło wyspy Chark). Liczne złoża naftowe są obecne ponadto w Bahrajnie, Katarze oraz Omanie.
Na kontynencie afrykańskim obszary zasobne ropę naftową to: północna część Sahary, Zatoka Gwinejska. Do krajów z Afryki z największą ilością ropy naftowej zaliczamy: Libia (3,1 miliardy ton- są to tereny Sari oraz Altan), Nigeria (2,4 miliardy ton- są to tereny delty Nigru oraz Okanu) oraz Algieria (1,8 miliardów ton- są to tereny Hasi Masud).
Na kontynencie amerykańskim do terenów najbardziej zasobnych w ropę naftową należy Morze Karaibskie oraz Zatoka Meksykańska, które obejmują tereny w Texasie, Midland, Luizjanie, Meksyku (stan Tabasco oraz Veracruz), Kolumbii oraz Wenezueli (delta Orinoko oraz okolice jeziora Maracaibo). Ropa jest także obecna w: stanie Kansas, Alaska, Oklahoma (wszystkie leżą w Stanach Zjednoczonych) oraz w prowincji Alberta (Kanada).
W Eurazji duże ilości ropy naftowej są w posiadaniu (7 miliardów ton są to tereny Mamontowskie, Samotłorskie Fiodorowskie, Sa-marska Łuka oraz Tujmazy).
Na terenie Azji duże ilości ropy naftowej posiadają Chiny (3,2 miliardy ton- są to tereny w okolicach Mandżurii, delty Huang He, Morze Żółte oraz Wschodniochińskie), Indonezja oraz Indie.
W Europie Norwegia posiada miliard ton tego surowca. Innym państwem zasobnym w ropę naftowa jest Wielka Brytania (Morze Północne- pola naftowe Forties, Rent, Piper oraz Ekofisk.
Polska posiada tylko około 2 miliony ton tego surowca. Taka sama sytuacja występuje w większości krajów europejskich. Zasoby ropy naftowej w Zagłębiu Naftowym w Krośnieńsko-Jasielskim są już całkowicie wyczerpane. W okolicach Bochni występują bardzo niewielkie złoża tego surowca. Troszkę większe złoża występują w Kamieniu Pomorskim oraz w szelfie Bałtyku (przylądek Rozewie).
W latach 60 XX wieku ropa naftowa jest najważniejszym surowcem energetycznym w światowej gospodarce. Udział ropy naftowej w światowym bilansie energetyczno paliwowym, przeliczając na umowne paliwo, wzrósł do 40% z poziomu 25%. W latach 80 wzrósł do poziomu 45%. W 1991 roku wyniósł 37%. W krajach rozwiniętych widoczny jest wzrastający udział tego surowca w produkcji paliw oraz energii. Ma to istotny wpływ na dynamikę oraz częstotliwość wydobycia ropy naftowej.
W światowym handlu ropa naftowa jest jednym z najważniejszych towarów. Ropa bywa eksportowana (około połowa wydobywanej ropy-1,4 miliarda ton). Państwa, które zaliczają się do największych dostarczycieli ropy naftowej to kraje stale rozwijające się oraz zrzeszone w OPEC, czyli Organizacja Krajów Eksportujących Ropę Naftową. 80-90% wydobywanych w tych krajach ropy naftowej trafia na eksport, zaś wpływy z tego procesu. Wpływy wynoszą około 70-90% ogólnej wartości eksportu.
Ponad połowa występującej ropy naftowej na świecie wywodzi się z krajów Bliskiego Wschodu (Arabia Saudyjska- 23% globalnego eksportu, Zjednoczone Emiraty Arabskie, Iran, Kuwejt). Przed wybuchem wojny w Zatoce Perskiej ważnym dostawcą tego surowca był Irak. Do grup bardzo istotnych państw transportujących ropę naftową zaliczamy: Wenezuelę, Nigerię, Libię oraz państwa, które nie należą do OPEC (Rosja, Meksyk, Wielka Brytania oraz Norwegia). Ropa naftowa jest eksportowana głównie do krajów Europy Zachodniej (Niemcy, Francja, Holandia, Włochy oraz Hiszpania), Stanów Zjednoczonych, Japonii. W tych krajach zapotrzebowanie na ten surowiec jest bardzo duże, a własne wydobycie nie pokrywa tego zapotrzebowania.
Ogromne zastosowanie ropy naftowej w światowej gospodarce odegrało znaczącą rolę w rozwoju przemysłu stoczniowego, transportu morskiego i rurociągowego. Liczna sieć rurociągowa, dostarcza ten surowiec do wielu rafinerii z ośrodków wydobywających oraz portów dowozowych. Rurociągi występują w: Stanach Zjednoczonych o długości około 350 tysięcy kilometrów, Europie Zachodniej (rurociągi Marsylia-Karlsruhe oraz Triest-Wiedeń, ale także podmorski na Morzu Północnym), Rosji (rurociąg Przyjaźń z Baku do Białorusi, Ukrainy, Polski, Słowacji, Węgier oraz Niemiec), krajach OPEC.
Znaczna ilość statków przewożąca ropę naftową pływa pod banderą głównie panamską, Liberyjską, bahamską oraz cypryjską. Często dochodzi do katastrof tankowców na szlakach z zachodnich oraz południowych terenów Europy. W wyniku tego zdarzenia do zbiorników wodnych, w wyniku wycieków, dostają się duże ilości ropy.
Gaz ziemny to mieszanka węglowodorów gazowych (etan, metan, propan), węglowodorów ciekłych oraz pewnych ilości dwutlenku węgla, azotu, wodoru, siarkowodoru, gazów szlachetnych (argon, hel).
Gaz ziemny w skorupie ziemskiej występuje jako gaz lub jest związany w hydratach węglowodorów. Może także występować w formie rozpuszczonej, w wodzie podziemnej, ropie naftowej.
Istnieje kilka hipotez odnośnie pochodzenia gazu ziemnego. W myśl jednej z teorii, gaz ziemny ma takie same geologiczne pochodzenie jak ropa naftowa.
Gaz ziemny możemy także podzielić ze względu na skład. Wyróżniamy następujące gazy:
- mokry, który oprócz metanu zawiera także węglowodory wyższe;
- chudy, w skład którego w 90% wchodzi metan;
- kwaśny (zanieczyszczony siarką).
Gaz ziemny jest bezwonny, bezbarwny i mniejszą gęstość niż powietrze. Charakterystyczny zapach gazu ziemnego jest uzyskiwany w procesie nawaniania. Tylko wtedy człowiek jest zdolny go wyczuć. Może tworzyć mieszankę wybuchową w wyniku reakcji z powietrzem. Dużą zaleta gazu ziemnego jest to, że możemy go zaliczyć do bardzo wydajnych paliw ekologicznych. W czasie jego wydobycia, a następnie transportowania są przestrzegane wszystkie zasady ochrony środowiska naturalnego. Tylko przy jego spalaniu są emitowane nieznaczne ilości szkodliwych gazów.
W Polsce gaz ziemny występuje na Podkarpaciu oraz na Pomorzu Zachodnim.
Torf to skała osadowa o barwie barwy brunatnej przechodzącej w czarną. Powstała z martwej roślinności bagiennej w czasie biochemicznych procesów, przebiegających w nadmiernej powodujący wzbogacenie roślinnej materii roślinnej w węgiel, azot oraz części niepalne. Substancje organiczne pochodzenia organicznego w torfie to:
- bituminy;
- kwasy huminowe;
- sole kwasów huminowych;
- celuloza
- hemiceluloza;
- lignina.
Związki mineralne torfu to;
- żelazo,
- wapń;
- potas;
- fosfor;
-krzemionka;
- mikroelementy.
Wyróżniamy następujące rodzaje torfów:
- torf turzycowy;
- torf trzcinowy;
- torf mszysty;
- torf drzewny.
Torf jest w stanie wchłonąć dużą ilość wody. Zastosowani torfu:
- gleba;
- kopalina;
- przemyśl;
- medycyna (borowina);
- wyrób doniczek;
- produkcja półkoksu;
- produkcja wosku torfowego;
- produkcja torfu opałowego.
Koks to stała substancja, która składa się z węgla, ale także zawiera siarkę (do 1%),wodę (5-10%), śladowe ilości oraz nieznaczne ilości gazowych składników. Koks jest otrzymywany w czasie odgazowania węgla kamiennego i gudronu. Najważniejsze rodzaje koksu to:
- koks hutniczy, nazywany także koksem metalurgicznym. Charakteryzuje się dużą wartością opałową (29 MJ/kg, czyli 7000 kcal/kg) oraz dużą wytrzymałość;
- koks opałowy stosowany jest jako paliwo w piecach centralnego ogrzewania;
- koks generatorowy stosowany w produkcji generatorowego gazu. Charakteryzuje się dużą wytrzymałością;
- koks karbidowy, który charakteryzuje się niewielką zawartością popiołu. Stosowany jako w piecach elektrycznych;
- koks formowany, wytwarzany w Polsce, który stosowany jest jako paliwo oraz w piecach centralnego ogrzewania.
- koks pakowy;
- koks naftowy.
Smoła węglowa to ciemnobrunatna. ciecz charakteryzująca się specyficznym zapachem, otrzymywana w czasie przerabiania węgla kamiennego. Budowa chemiczna smoły węglowej jest uzależniona od sposobu przerabiania. Wyróżniamy następujące rodzaje smoły węglowej:
- smoła niskotemperaturowa, zwana także smoła wytlewną;
- smoła wysokotemperaturowa.
Przeróbka wysokotemperaturowej smoły polega na destylacji. Otrzymujemy wówczas olej karbolowy, olej naftalenowy. Produkty przeróbki smoły węglowej są wykorzystywane w:
- produkcji barwników;
- produkcji tworzyw sztucznych,
- produkcji środków ochrony roślin;
- produkcji olejów smołowych;
- produkcji smół preparowanych;
- produkcji lepiku.
